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Celda en un chip
El fármaco heparina se usa ampliamente para evitar que la sangre se coagule en procedimientos médicos que van desde la diálisis hasta la cirugía a corazón abierto. Con un mercado de $ 6 mil millones, es uno de los medicamentos más comunes que se usan en los hospitales en la actualidad. Pero su uso generalizado oculta sus orígenes crudos: más de 90 años después de su descubrimiento, la heparina todavía se fabrica a partir de intestinos de cerdo. Pero un nuevo chip de microfluidos, que imita las acciones de uno de los órganos más misteriosos de la célula, puede ayudar a cambiar eso. Investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer en Troy, Nueva York, han creado el primer orgánulo celular artificial y lo están utilizando para comprender mejor cómo el cuerpo humano produce heparina.
Celda falsa: Este chip de microfluidos puede replicar la actividad de uno de los orgánulos más importantes, aunque menos comprendidos, de las células eucariotas: el aparato de Golgi. Los investigadores esperan que pueda ayudarlos a comprender cómo crear versiones sintéticas de medicamentos importantes como la heparina.
Los científicos han estado trabajando para crear una versión sintética del medicamento, porque el método de producción actual lo deja susceptible a la contaminación; en 2008, tal incidente fue responsable de la muerte de decenas de personas. Pero la droga ha demostrado ser increíblemente difícil de crear en un laboratorio.
Gran parte del misterio de la producción de heparina proviene del sitio de su síntesis natural: un orgánulo celular llamado aparato de Golgi, que procesa y empaqueta proteínas para transportarlas fuera de la célula, decorando las proteínas con azúcares para producir glicoproteínas. Precisamente cómo lo hace ha eludido a generaciones de científicos. El Golgi fue descubierto hace más de 100 años, pero lo que sucede dentro de él sigue siendo una caja negra, dice Robert Linhardt , un biotecnólogo de Rensselaer que ha estado trabajando con heparina durante casi 30 años y es el autor principal del nuevo estudio. Las proteínas entran y salen las glicoproteínas. Conocemos las enzimas involucradas ahora, pero no sabemos realmente cómo se controlan.
Para comprender mejor lo que sucedía dentro del Golgi, Linhardt y sus colegas decidieron crear su propia versión. El resultado: el primer orgánulo de células artificiales conocido, un pequeño chip de microfluidos que imita algunas de las acciones del Golgi. El dispositivo digital permite a los investigadores controlar el movimiento de una sola gota microscópica mientras agregan enzimas y azúcares, dividen las gotas y construyen lentamente una cadena de moléculas como la heparina. Básicamente, podemos controlar el proceso, como el Golgi controla el proceso, dice Linhardt. Creo que tenemos una versión verdaderamente artificial del Golgi. De hecho, podríamos diseñar algo que funcione como un orgánulo y controlarlo. El siguiente paso es realizar combinaciones de reacciones más complicadas.
La gente ha tenido partes y piezas de la caja de herramientas para producir estos importantes carbohidratos, pero una cosa que potencialmente debería hacer es tratar de emular la naturaleza, o al menos descubrir cómo funciona, dice Paul DeAngelis , bioquímico y biólogo molecular de la Universidad de Oklahoma que no participó en la investigación. La miniaturización que están haciendo, que tienen pequeñas burbujas de líquido que se fusionan y van a diferentes compartimentos con diferentes catalizadores en diferentes condiciones, así es como funciona su cuerpo y el aparato de Golgi. Es un buen modelo.
Actualmente, los investigadores saben cómo se ve la heparina y qué enzimas se requieren para producirla, pero no lo saben muy bien. cómo está hecho. Es como tener todos los materiales y herramientas necesarios para construir una casa y saber cómo es la casa final, y luego que alguien diga: 'Está bien, ve a construir la casa', dice Linhardt. Lo que necesitamos es un plano. Necesitamos saber cómo funcionan estas herramientas juntas, cómo se ensambla la casa. Él compara el chip de microfluidos con un carrete de bricolaje de construcción de viviendas, uno que nos dice cómo martillar clavos, cómo aserrar, cómo ensamblar puntales, cómo colocar paredes. Al probar los reactivos en diferentes cantidades, con diferentes tiempos de reacción, el El Golgi artificial puede enseñarles cómo sintetizar heparina y otras moléculas en un entorno de laboratorio.
Es una fusión de ingeniería y biología, dice Jeffrey Esko, glicobiólogo de la Universidad de California en San Diego. Se puede hacer esto en tubos de ensayo, pero el chip proporciona una forma de automatizar el proceso a microescala. El chip también permite un control preciso de cada interacción individual y a pequeña escala.
Con la ayuda de su microchip y una financiación sustancial de los Institutos Nacionales de Salud, Linhardt cree que deberían poder llevar la heparina de bioingeniería a los ensayos clínicos en los próximos cinco años.